JP6691373B2 - 燃料電池用膜電極接合体の製造装置および方法 - Google Patents
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Description
本発明は、燃料電池用膜電極接合体の製造装置および方法に係り、より詳しくは、燃料電池の膜電極接合体（ＭＥＡ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ−Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）を製造する燃料電池用膜電極接合体の製造装置および方法に関する。
周知のとおり、燃料電池（Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）は、水素と酸素の電気化学的な反応によって電気を生産する。このような燃料電池は、別途の充電過程がなくても外部から化学反応物が供給されて持続的な発電が可能であるという特徴がある。
燃料電池は、膜電極接合体（ＭＥＡ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ−Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）を挟んでその両側にセパレータ（分離板またはバイポーラプレート）を配置して構成される。このような膜電極接合体は、多数枚を連続的に配列され、燃料電池スタックとして構成される（例えば、特許文献１を参照）。
ここで、燃料電池の核心部品となる膜電極接合体は、例えば、三層（３−ｌａｙｅｒ）構造であって、水素イオンが移動する電解質膜（ｍｅｍｂｒａｎｅ）を挟んでその電解質膜の一方の一面にアノード触媒電極層を形成し、他方の一面にカソード触媒電極層を形成している。このような三層構造の膜電極接合体を製造する方式としては、直接コーティング（Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｏａｔｉｎｇ）方式と転写法（デカール：Ｄｅｃａｌ）方式が例として挙げられる。
燃料電池は、膜電極接合体（ＭＥＡ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ−Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）を挟んでその両側にセパレータ（分離板またはバイポーラプレート）を配置して構成される。このような膜電極接合体は、多数枚を連続的に配列され、燃料電池スタックとして構成される（例えば、特許文献１を参照）。
ここで、燃料電池の核心部品となる膜電極接合体は、例えば、三層（３−ｌａｙｅｒ）構造であって、水素イオンが移動する電解質膜（ｍｅｍｂｒａｎｅ）を挟んでその電解質膜の一方の一面にアノード触媒電極層を形成し、他方の一面にカソード触媒電極層を形成している。このような三層構造の膜電極接合体を製造する方式としては、直接コーティング（Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｏａｔｉｎｇ）方式と転写法（デカール：Ｄｅｃａｌ）方式が例として挙げられる。
このうち、転写法方式の場合は、電解質膜の両面にそれぞれの触媒電極層がコーティングされた電極フィルムを準備作成し、ロール式ラミネート方式で触媒電極層を電解質膜の両面に転写させて接合し、電極フィルムを除去して三層構造の膜電極接合体を製造する。
つまり、転写法方式を利用した膜電極接合体の製造工程は、上下にセットされたそれぞれの触媒電極層がコーティングされたロール形状の電極フィルムの間に電解質膜を挿入し、高温高圧の接合ロールを通過させて貼り合わせ（熱圧着）た後、電極フィルムを除去して三層構造の膜電極接合体を製造することができる。
このようにロール式ラミネート工法を利用する転写法方式で三層構造の膜電極接合体を製造する工程は、製造速度を向上させられるため、量産に有利であるという利点がある。
つまり、転写法方式を利用した膜電極接合体の製造工程は、上下にセットされたそれぞれの触媒電極層がコーティングされたロール形状の電極フィルムの間に電解質膜を挿入し、高温高圧の接合ロールを通過させて貼り合わせ（熱圧着）た後、電極フィルムを除去して三層構造の膜電極接合体を製造することができる。
このようにロール式ラミネート工法を利用する転写法方式で三層構造の膜電極接合体を製造する工程は、製造速度を向上させられるため、量産に有利であるという利点がある。
しかし、このようなロール式ラミネート連続工法を利用する転写法方式は、電解質膜を中間においてその両側にそれぞれの触媒電極層が間隔を置いて繰返しコーティングされた電極フィルムを対向させた状態で、これらを高温高圧の接合ロールの間を通過させて触媒電極層と電解質膜を互いに当接する方向に貼り合わせるため、アノードおよびカソード触媒電極層の貼り合わせ位置を正確に対向させることが難しいという問題があった。
つまり、常に加圧している高温高圧の接合ロールの間に電極フィルムと電解質膜が連続的に通過して電解質膜の両面に触媒電極層が貼り合わせるため、このようなロール式ラミネート連続工程では、電極フィルムの供給速度の差などによってずれが生ずると触媒電極層の貼り合わせ位置を正確に一致させることが困難であった。
また、場合によっては、電極フィルムに触媒スラリーを塗布して連続パターンの触媒電極層を製造する工程において、触媒電極層間のピッチが一定でないことが、アノードおよびカソード触媒電極層の貼り合わせ位置を一致させることが難しい理由になることもあった。
つまり、常に加圧している高温高圧の接合ロールの間に電極フィルムと電解質膜が連続的に通過して電解質膜の両面に触媒電極層が貼り合わせるため、このようなロール式ラミネート連続工程では、電極フィルムの供給速度の差などによってずれが生ずると触媒電極層の貼り合わせ位置を正確に一致させることが困難であった。
また、場合によっては、電極フィルムに触媒スラリーを塗布して連続パターンの触媒電極層を製造する工程において、触媒電極層間のピッチが一定でないことが、アノードおよびカソード触媒電極層の貼り合わせ位置を一致させることが難しい理由になることもあった。
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、転写法方式で電解質膜の両面に触媒電極層を連続的にロール式ラミネート方式で貼り合す工法において、接合ロールの位置を変更しなくても触媒電極層の転写位置を簡単な構成で調整できる燃料電池用膜電極接合体の製造装置および方法を提供することにある。
上記目的を達成するためになされた本発明の燃料電池用膜電極接合体の製造装置は、上下電極フィルムに一定の間隔で連続的に形成されたそれぞれのアノードおよびカソード触媒電極層を電解質膜の上下面に接合させる燃料電池用膜電極接合体の製造装置であって、ｉ）電解質膜と上下電極フィルムの移送経路の上下側にそれぞれ設けられ、設定された温度で触媒電極層を電解質膜の上面と下面に圧着して転写する上下接合ロールと、ｉｉ）上下接合ロールの進入側において移送経路の上下側にそれぞれ配置され、移送経路に沿って往復移動可能に設けられ、上下電極フィルムを選択的に吸着する上下吸着部材とを含むことを特徴とする。
上下吸着部材の進入側において移送経路の上下側にそれぞれ設けられ、上下電極フィルムの触媒電極層の位置を感知し、その感知信号を制御器に出力する上下位置センサを含むことが好ましい。
上下吸着部材には、上下電極フィルムを真空吸着するためのエアホールが形成されることが好ましい。
上下吸着部材には、上下電極フィルムを真空吸着するためのエアホールが形成されることが好ましい。
上下吸着部材は、上下電極フィルムに対応する面にエアホールが形成され、内部に密閉空間を有する板状ケースとして備えられることが好ましい。
上下吸着部材は、真空ポンプにそれぞれ連結されて備えられることが好ましい。
上下吸着部材は、真空ポンプにそれぞれ連結されて備えられることが好ましい。
上下吸着部材は、ベースフレームに移送経路に沿って往復移動可能に設けられ、ベースフレームには、上下吸着部材にそれぞれ連結して設けられ、上下吸着部材を移送経路に沿って往復移動させるための駆動部が備えられることが好ましい。
駆動部は、ベースフレームに設けられるサーボモータと、サーボモータに連結されるリードスクリュと、上下吸着部材と結合されリードスクリュに締結される移動ブロックと、ベースフレームに設けられ移動ブロックが移送経路に沿って往復スライド移動可能に結合されるガイドブロックとを含むことが好ましい。
上下吸着部材は、真空ポンプにそれぞれ連結され、制御器は、上下位置センサから発信された感知信号を受信して、真空ポンプおよび駆動部の作動を制御することが好ましい。
上下吸着部材は、真空ポンプにそれぞれ連結され、制御器は、上下位置センサから発信された感知信号を受信して、真空ポンプおよび駆動部の作動を制御することが好ましい。
本発明の他の実施形態は、上下電極フィルムに連続的に形成されたそれぞれのアノードおよびカソード触媒電極層を電解質膜の上下面に接合する燃料電池用膜電極接合体の製造方法であって、ロール形状の電解質膜を巻き戻して設定された移送経路に供給し、アノード触媒電極層およびカソード触媒電極層がそれぞれ一定間隔で連続コーティングされたロール形状の上下電極フィルムを巻き戻して電解質膜の上下側に供給し、上下電極フィルムに対する触媒電極層の位置を上下位置センサからの感知信号を感知し、その感知信号を制御器に出力し、上下位置センサの感知信号に応じて、上下吸着部材のうちのいずれか１つに連結された真空ポンプおよび駆動部を制御器からの作動制御信号により作動させ、いずれか１つの吸着部材により上下電極フィルムのうちのいずれか１つを真空吸着し、吸着部材を駆動部の作動により電解質膜および上下電極フィルムの移送方向に移動させて触媒電極層の位置を調整し、電解質膜および上下電極フィルムを上下接合ロールの間に通過させ、設定された温度で上下電極フィルムの触媒電極層を電解質膜の上面と下面に転写する過程を含むことを特徴とする。
制御器は、上下位置センサの位置感知時間差により、上下電極フィルムの走行速度に応じた触媒電極層の位置の差値を算出し、位置の差値が０でないと判断されると、上下吸着部材のうちのいずれか１つに連結された真空ポンプおよび駆動部に作動制御信号を印加することが好ましい。
制御器は、上下電極フィルムの触媒電極層の位置を先に感知した上下位置センサの感知信号を基にして、上下吸着部材のうちのいずれか１つに連結された真空ポンプおよび駆動部に作動制御信号を印加することが好ましい。
制御器は、上下電極フィルムの触媒電極層の位置を先に感知した上下位置センサの感知信号を基にして、上下吸着部材のうちのいずれか１つに連結された真空ポンプおよび駆動部に作動制御信号を印加することが好ましい。
制御器は、下側位置センサの感知信号を先に受信すると、上側吸着部材に連結された真空ポンプおよび駆動部に作動制御信号を印加することが好ましい。
上側吸着部材は、真空ポンプによって上側電極フィルムを真空吸着し、駆動部は、上側吸着部材を位置の差値に相応する距離だけ電解質膜および上下電極フィルムの移送方向に沿って移動させることが好ましい。
上側吸着部材は、真空ポンプによって上側電極フィルムを真空吸着し、駆動部は、上側吸着部材を位置の差値に相応する距離だけ電解質膜および上下電極フィルムの移送方向に沿って移動させることが好ましい。
制御器は、位置の差値が０であると判断されると、真空ポンプに作動制御信号を印加して、真空ポンプの作動を停止し、駆動部に作動制御信号を印加して、駆動部の作動により上側吸着部材を予め設定された元の位置に復帰させることが好ましい。
制御器は、上側位置センサの感知信号を先に受信すると、下側吸着部材に連結された真空ポンプおよび駆動部に作動制御信号を印加することが好ましい。
制御器は、上側位置センサの感知信号を先に受信すると、下側吸着部材に連結された真空ポンプおよび駆動部に作動制御信号を印加することが好ましい。
下側吸着部材は、真空ポンプによって下側電極フィルムを真空吸着し、駆動部は、下側吸着部材を位置の差値に相応する距離だけ電解質膜および上下電極フィルムの移送方向に沿って移動させることが好ましい。
制御器は、位置の差値が０であると判断されると、真空ポンプに作動制御信号を印加して、真空ポンプの作動を停止し、駆動部に作動制御信号を印加して、駆動部の作動により下側吸着部材を予め設定された元の位置に復帰させることが好ましい。
制御器は、位置の差値が０であると判断されると、真空ポンプに作動制御信号を印加して、真空ポンプの作動を停止し、駆動部に作動制御信号を印加して、駆動部の作動により下側吸着部材を予め設定された元の位置に復帰させることが好ましい。
上下位置センサは、上下電極フィルムに対するそれぞれの触媒電極層を画像化し、その画像データを制御器に出力することが好ましい。
制御器は、上下位置センサから発信された画像データを分析して、上下電極フィルムに対する触媒電極層の位置の差値を算出し、位置の差値が０でないと判断されると、上下吸着部材のうちのいずれか１つに連結された真空ポンプおよび駆動部に作動制御信号を印加することが好ましい。
制御器は、上下位置センサから発信された画像データを分析して、上下電極フィルムに対する触媒電極層の位置の差値を算出し、位置の差値が０でないと判断されると、上下吸着部材のうちのいずれか１つに連結された真空ポンプおよび駆動部に作動制御信号を印加することが好ましい。
本発明によれば、上下吸着部材により上下電極フィルムを強制的に移送させることによって、上下接合ロールの位置を変更しなくても電解質膜に対するアノード触媒電極層およびカソード触媒電極層の転写位置を自動的に調整し、膜電極接合体を製造することができる。
したがって、本発明の実施形態では、上下電極フィルムの走行速度の差および触媒電極層のコーティング位置のばらつきなどによる触媒電極層の位置偏差を補正することが可能なため、触媒電極層の転写均一度を向上させ、膜電極接合体の良好な品質を確保することができ、膜電極接合体の生産性をさらに向上させることができる。
したがって、本発明の実施形態では、上下電極フィルムの走行速度の差および触媒電極層のコーティング位置のばらつきなどによる触媒電極層の位置偏差を補正することが可能なため、触媒電極層の転写均一度を向上させ、膜電極接合体の良好な品質を確保することができ、膜電極接合体の生産性をさらに向上させることができる。
以下、添付した図面を基に、本発明の実施形態について、詳細に説明する。しかし、本発明は、種々の異なる形態で実現可能であり、ここで説明する実施形態に限定されない。
図１は、本発明の実施形態に係る燃料電池用膜電極接合体の製造装置を概略的に示した図である。
図１に示したとおり、本発明の燃料電池用膜電極接合体の製造装置１００は、燃料電池スタックを構成する単位燃料電池の部品を自動的に連続製造する自動化システムに適用可能である。
図１に示したとおり、本発明の燃料電池用膜電極接合体の製造装置１００は、燃料電池スタックを構成する単位燃料電池の部品を自動的に連続製造する自動化システムに適用可能である。
図２は、本発明の実施形態に係る燃料電池用膜電極接合体の製造装置を備えた自動化システムによって製造された膜電極接合体を概略的に示した図である。
図２に示したとおり、自動化システムは、電解質膜３の一面（図面における上面）にアノード触媒電極層５を形成し、電解質膜３の他面（図面における下面）にカソード触媒電極層７を形成し、各触媒電極層５、７の周縁側にサブガスケット９を形成している膜電極接合体１を製造するためのものである。
このような自動化システムは、電解質膜３の両面に触媒電極層５、７が接合されロール形状に作られる電極膜シートの接合工程、電極膜シートの各触媒電極層５、７の周縁側にサブガスケット９が接合されロール形状に作られる膜電極接合体シートの接合工程、および膜電極接合体シートの裁断工程に至るまで膜電極接合体１の全製造工程を自動的に実現することができる。
例えば、自動化システムは、アノード触媒電極層５およびカソード触媒電極層７が連続的にコーティングされたそれぞれの電極フィルムを電解質膜３の両面に積層し、ロール式ラミネート工法でそれぞれの触媒電極層５、７を電解質膜３の両面に転写して接合し、三層構造の電極膜シートを製造することができる。
自動化システムは、ロール形状に巻かれている電極膜シートを巻き戻し、ロール形状に巻かれているサブガスケット９を巻き戻し、電極膜シートの両面にサブガスケット９を位置させた状態で、これらをホットローラの間に通過させ、電極膜シートとサブガスケット９とを接合した膜電極接合体シートを製造することができる。
図２に示したとおり、自動化システムは、電解質膜３の一面（図面における上面）にアノード触媒電極層５を形成し、電解質膜３の他面（図面における下面）にカソード触媒電極層７を形成し、各触媒電極層５、７の周縁側にサブガスケット９を形成している膜電極接合体１を製造するためのものである。
このような自動化システムは、電解質膜３の両面に触媒電極層５、７が接合されロール形状に作られる電極膜シートの接合工程、電極膜シートの各触媒電極層５、７の周縁側にサブガスケット９が接合されロール形状に作られる膜電極接合体シートの接合工程、および膜電極接合体シートの裁断工程に至るまで膜電極接合体１の全製造工程を自動的に実現することができる。
例えば、自動化システムは、アノード触媒電極層５およびカソード触媒電極層７が連続的にコーティングされたそれぞれの電極フィルムを電解質膜３の両面に積層し、ロール式ラミネート工法でそれぞれの触媒電極層５、７を電解質膜３の両面に転写して接合し、三層構造の電極膜シートを製造することができる。
自動化システムは、ロール形状に巻かれている電極膜シートを巻き戻し、ロール形状に巻かれているサブガスケット９を巻き戻し、電極膜シートの両面にサブガスケット９を位置させた状態で、これらをホットローラの間に通過させ、電極膜シートとサブガスケット９とを接合した膜電極接合体シートを製造することができる。
そして、自動化システムは、ロール形状に巻かれている膜電極接合体シートを巻き戻し、触媒電極層５、７を含む単位形態に膜電極接合体を裁断し、最終的な膜電極接合体１を製造することができる。
自動化システムに適用される本発明の実施形態に係る燃料電池用膜電極接合体の製造装置１００は、上記のロール式ラミネート方式および転写法（ｄｅｃａｌ）方式で三層構造の電極膜シートを製造するためのものである。
本装置１００は、図１に示したとおり、ロール形状に巻かれている電解質膜３を巻き戻し、アノードおよびカソード触媒電極層５、７が連続的にそれぞれコーティングされてロール形状に巻かれている上下電極フィルム２、４を巻き戻し、ロール式ラミネート方式として電解質膜３の上下面のそれぞれに位置させ、電解質膜３の上下面に触媒電極層５、７を高温高圧条件下で転写することができる。
自動化システムに適用される本発明の実施形態に係る燃料電池用膜電極接合体の製造装置１００は、上記のロール式ラミネート方式および転写法（ｄｅｃａｌ）方式で三層構造の電極膜シートを製造するためのものである。
本装置１００は、図１に示したとおり、ロール形状に巻かれている電解質膜３を巻き戻し、アノードおよびカソード触媒電極層５、７が連続的にそれぞれコーティングされてロール形状に巻かれている上下電極フィルム２、４を巻き戻し、ロール式ラミネート方式として電解質膜３の上下面のそれぞれに位置させ、電解質膜３の上下面に触媒電極層５、７を高温高圧条件下で転写することができる。
ここで、電解質膜３は、アンワインダローラ（図示せず）にロール形状に巻かれており、そのアンワインダローラから巻き戻され、設定された移送経路に沿って供給される。それぞれの上下電極フィルム２、４は、アンワインダローラにロール形状に巻かれており、そのアンワインダローラから巻き戻され、電解質膜３を挟んでその電解質膜３の上下面側に供給される。
そして、電解質膜３の上下面にそれぞれの触媒電極層５、７が転写された状態で、それぞれの上下電極フィルム２、４は、離型バー６によって剥がれ、リワインダローラ（図示せず）にロール形状に巻かれる。電解質膜３の上下面にそれぞれの触媒電極層５、７が接合された電極膜シート（図示せず）は、リワインダローラ（図示せず）にロール形状に巻き取られる。
本発明の実施形態に係る燃料電池用膜電極接合体の製造装置１００は、上記の転写法方式で電解質膜３の上下面に上下電極フィルム２、４の触媒電極層５、７を連続的にロール式ラミネートする工法において、簡単な構成で触媒電極層５、７の転写位置を自動的に調整可能な構造からなる。
そして、電解質膜３の上下面にそれぞれの触媒電極層５、７が転写された状態で、それぞれの上下電極フィルム２、４は、離型バー６によって剥がれ、リワインダローラ（図示せず）にロール形状に巻かれる。電解質膜３の上下面にそれぞれの触媒電極層５、７が接合された電極膜シート（図示せず）は、リワインダローラ（図示せず）にロール形状に巻き取られる。
本発明の実施形態に係る燃料電池用膜電極接合体の製造装置１００は、上記の転写法方式で電解質膜３の上下面に上下電極フィルム２、４の触媒電極層５、７を連続的にロール式ラミネートする工法において、簡単な構成で触媒電極層５、７の転写位置を自動的に調整可能な構造からなる。
本発明の実施形態に係る燃料電池用膜電極接合体の製造装置１００は、基本的に、上下接合ロール１１、１２と、上下吸着部材３１、３２と、上下位置センサ６１、６２とを含む。
これらの構成要素は、上記のとおり自動化システムのメインフレームに構成されることから、メインフレームは、上下方向に立てられ、それぞれの構成要素を支持するものであって、１つのフレームまたは２以上に区画されたフレームから構成することができる。
メインフレームには、本製造装置１００の構成要素を支持するためのブラケット、バー、ロッド、プレート、ハウジング、ケース、ブロック等の各種付属要素を含むことができる。
しかし、各種付属要素は、本製造装置１００の構成要素をメインフレームに設けるためのものであることから、本発明の実施形態では、例外的な場合を除いて付属要素を含めてメインフレームとして取り扱う。
これらの構成要素は、上記のとおり自動化システムのメインフレームに構成されることから、メインフレームは、上下方向に立てられ、それぞれの構成要素を支持するものであって、１つのフレームまたは２以上に区画されたフレームから構成することができる。
メインフレームには、本製造装置１００の構成要素を支持するためのブラケット、バー、ロッド、プレート、ハウジング、ケース、ブロック等の各種付属要素を含むことができる。
しかし、各種付属要素は、本製造装置１００の構成要素をメインフレームに設けるためのものであることから、本発明の実施形態では、例外的な場合を除いて付属要素を含めてメインフレームとして取り扱う。
本発明の実施形態において、上下接合ロール１１、１２は、上記のとおり、移送経路に沿って移送される電解質膜３と上下電極フィルム２、４を通過させ、これらを設定された温度で高圧に圧着し、上下電極フィルム２、４の各触媒電極層５、７を電解質膜３の上下面に転写するためのものである。
このような上下接合ロール１１、１２は、電解質膜３と上下電極フィルム２、４の移送経路の上下側に配置され、モータ（図示せず）によってメインフレームに回転可能に設けられる。
上下接合ロール１１、１２は、互いに反対方向に回転し、電解質膜３を挟んでその上下側に位置する上下電極フィルム２、４を熱圧着する接合ローラとして備えられる。
このような上下接合ロール１１、１２は、電解質膜３と上下電極フィルム２、４の移送経路の上下側に配置され、モータ（図示せず）によってメインフレームに回転可能に設けられる。
上下接合ロール１１、１２は、互いに反対方向に回転し、電解質膜３を挟んでその上下側に位置する上下電極フィルム２、４を熱圧着する接合ローラとして備えられる。
図３は、本発明の実施形態に係る燃料電池用膜電極接合体の製造装置に適用される上下吸着部材を示した斜視図であり、図４は、本発明の実施形態に係る燃料電池用膜電極接合体の製造装置に適用される上下吸着部材を示した断面構成図である。
図１、図３および図４に示したとおり、本発明の実施形態に係る上下吸着部材３１、３２は、移送経路に沿って移送される上下電極フィルム２、４を選択的に真空吸着するためのものである。
上下吸着部材３１、３２は、上下接合ロール１１、１２の進入側において電解質膜３と上下電極フィルム２、４の移送経路の上下側にそれぞれ配置され、その移送経路に沿って往復移動可能に設けられる。
ここで、上下接合ロール１１、１２の進入側とは、製造装置１００上で、電解質膜３と上下電極フィルム２、４が移送経路に沿って移送され、上下接合ロール１１、１２の間に進入する以前の位置と定義される。
図１、図３および図４に示したとおり、本発明の実施形態に係る上下吸着部材３１、３２は、移送経路に沿って移送される上下電極フィルム２、４を選択的に真空吸着するためのものである。
上下吸着部材３１、３２は、上下接合ロール１１、１２の進入側において電解質膜３と上下電極フィルム２、４の移送経路の上下側にそれぞれ配置され、その移送経路に沿って往復移動可能に設けられる。
ここで、上下接合ロール１１、１２の進入側とは、製造装置１００上で、電解質膜３と上下電極フィルム２、４が移送経路に沿って移送され、上下接合ロール１１、１２の間に進入する以前の位置と定義される。
上下吸着部材３１、３２は、上下電極フィルム２、４を真空吸引力として真空吸着するもので、そのため、上下吸着部材３１、３２には、上下電極フィルム２、４を真空吸着するためのエアホール３７が形成されている。
例えば、上下吸着部材３１、３２は、内部に密閉空間を有する四角板状ケース３３、３４として備えられる。四角板状ケース３３、３４は、上下電極フィルム２、４に対応する面にエアホール３７を形成している。
上下吸着部材３１、３２は、エアホール３７を通じてエアを吸入し、そのエアの真空圧で上下電極フィルム２、４を真空吸着することができる。このために、上下吸着部材３１、３２は、真空ポンプ４１、４２にそれぞれ連結される。真空ポンプ４１、４２は、上下吸着部材３１、３２において四角板状ケース３３、３４の内部空間に真空圧を提供する。
このような真空ポンプ４１、４２は、所定の空間に真空圧を提供する公知技術の真空ポンプであるため、本明細書において詳細な構成の説明は省略する。
例えば、上下吸着部材３１、３２は、内部に密閉空間を有する四角板状ケース３３、３４として備えられる。四角板状ケース３３、３４は、上下電極フィルム２、４に対応する面にエアホール３７を形成している。
上下吸着部材３１、３２は、エアホール３７を通じてエアを吸入し、そのエアの真空圧で上下電極フィルム２、４を真空吸着することができる。このために、上下吸着部材３１、３２は、真空ポンプ４１、４２にそれぞれ連結される。真空ポンプ４１、４２は、上下吸着部材３１、３２において四角板状ケース３３、３４の内部空間に真空圧を提供する。
このような真空ポンプ４１、４２は、所定の空間に真空圧を提供する公知技術の真空ポンプであるため、本明細書において詳細な構成の説明は省略する。
一方、本発明の実施形態に係る上下吸着部材３１、３２は、メインフレームに備えられたベースフレーム４５によって電解質膜３と上下電極フィルム２、４の移送経路に沿って往復移動可能に設けられる。
図５は、本発明の実施形態に係る燃料電池用膜電極接合体の製造装置に適用される上下吸着部材を移動させるための駆動部を概略的に示した図である。
ベースフレーム４５には、上下吸着部材３１、３２にそれぞれ連結されて設けられ、その上下吸着部材３１、３２を移送経路に沿って往復移動させるための駆動部５１を備えられる。駆動部５１は、図５に示したとおり、サーボモータ５３と、リードスクリュ５５と、移動ブロック５７と、ガイドブロック５９とを含んでなる。
サーボモータ５３は、固定ブロック５４によりベースフレーム４５に固定されて設けられる。リードスクリュ５５は、サーボモータ５３の駆動軸に連結される。
移動ブロック５７は、上下吸着部材３１、３２に結合され、リードスクリュ５５に締結される。ガイドブロック５９は、ベースフレーム４５に固定されて設けられる。ガイドブロック５９には、移動ブロック５７が電解質膜３と上下電極フィルム２、４の移送経路に沿って往復スライド移動可能に結合される。
本発明の実施形態では、サーボモータ５３によりリードスクリュ５５を正方向に回転させると、移動ブロック５７を上下吸着部材３１、３２と共にガイドブロック５９に沿って電解質膜３と上下電極フィルム２、４の移送方向にスライド移動させることができる。
そして、本発明の実施形態では、サーボモータ５３によりリードスクリュ５５を逆方向に回転させると、移動ブロック５７を上下吸着部材３１、３２と共にガイドブロック５９に沿って電解質膜３と上下電極フィルム２、４の移送の反対方向にスライド移動させることができる。
図５は、本発明の実施形態に係る燃料電池用膜電極接合体の製造装置に適用される上下吸着部材を移動させるための駆動部を概略的に示した図である。
ベースフレーム４５には、上下吸着部材３１、３２にそれぞれ連結されて設けられ、その上下吸着部材３１、３２を移送経路に沿って往復移動させるための駆動部５１を備えられる。駆動部５１は、図５に示したとおり、サーボモータ５３と、リードスクリュ５５と、移動ブロック５７と、ガイドブロック５９とを含んでなる。
サーボモータ５３は、固定ブロック５４によりベースフレーム４５に固定されて設けられる。リードスクリュ５５は、サーボモータ５３の駆動軸に連結される。
移動ブロック５７は、上下吸着部材３１、３２に結合され、リードスクリュ５５に締結される。ガイドブロック５９は、ベースフレーム４５に固定されて設けられる。ガイドブロック５９には、移動ブロック５７が電解質膜３と上下電極フィルム２、４の移送経路に沿って往復スライド移動可能に結合される。
本発明の実施形態では、サーボモータ５３によりリードスクリュ５５を正方向に回転させると、移動ブロック５７を上下吸着部材３１、３２と共にガイドブロック５９に沿って電解質膜３と上下電極フィルム２、４の移送方向にスライド移動させることができる。
そして、本発明の実施形態では、サーボモータ５３によりリードスクリュ５５を逆方向に回転させると、移動ブロック５７を上下吸着部材３１、３２と共にガイドブロック５９に沿って電解質膜３と上下電極フィルム２、４の移送の反対方向にスライド移動させることができる。
図１に示したとおり、本発明の実施形態において、上下位置センサ６１、６２は、電解質膜３と共に移送経路に沿って移送される各上下電極フィルム２、４の触媒電極層５、７の位置を感知し、その感知信号を制御器９０に出力する。
上下位置センサ６１、６２は、上下吸着部材３１、３２の進入側において電解質膜３と上下電極フィルム２、４の移送経路の上下側にそれぞれ設けられる。ここで、上下吸着部材３１、３２の進入側とは、電解質膜３と上下電極フィルム２、４が移送経路に沿って移送され、上下吸着部材３１、３２の間に進入する手前側の位置と定義される。
上下位置センサ６１、６２は、超音波、レーザ、赤外線等のセンサを利用して被感知体の位置を感知することができ、被感知体を画像化して、その被感知体の位置を感知してもよい。
このような上下位置センサ６１、６２は、光学を利用して被感知体の位置を感知する技術や、電気的な感知信号を画像化して、被感知体の位置を感知する技術は、公知技術の位置センサに備えられるため、本明細書においてこの構成の詳細な説明は省略する。
上下位置センサ６１、６２は、上下吸着部材３１、３２の進入側において電解質膜３と上下電極フィルム２、４の移送経路の上下側にそれぞれ設けられる。ここで、上下吸着部材３１、３２の進入側とは、電解質膜３と上下電極フィルム２、４が移送経路に沿って移送され、上下吸着部材３１、３２の間に進入する手前側の位置と定義される。
上下位置センサ６１、６２は、超音波、レーザ、赤外線等のセンサを利用して被感知体の位置を感知することができ、被感知体を画像化して、その被感知体の位置を感知してもよい。
このような上下位置センサ６１、６２は、光学を利用して被感知体の位置を感知する技術や、電気的な感知信号を画像化して、被感知体の位置を感知する技術は、公知技術の位置センサに備えられるため、本明細書においてこの構成の詳細な説明は省略する。
制御器９０は、本装置１００の全般的な運用を制御するものであって、例えば、上下位置センサ６１、６２から受信された感知信号に起因して、上下吸着部材３１、３２に真空圧を提供する真空ポンプ４１、４２と、上下吸着部材３１、３２を移動させる駆動部５１の作動を制御することができる。
上記の目的のために、制御器９０は、設定されたプログラムによって動作する１つ以上のプロセッサで実現可能であり、設定されたプログラムは、本発明の実施形態に係る燃料電池用膜電極接合体の製造方法を行うようにプログラミングされたものであってもよい。
このように、上下位置センサ６１、６２の感知信号に起因した制御器９０の作用および制御器９０による上下吸着部材３１、３２の作用は、本発明の実施形態に係る燃料電池用膜電極接合体の製造方法を通じてより詳細に説明される。
上記の目的のために、制御器９０は、設定されたプログラムによって動作する１つ以上のプロセッサで実現可能であり、設定されたプログラムは、本発明の実施形態に係る燃料電池用膜電極接合体の製造方法を行うようにプログラミングされたものであってもよい。
このように、上下位置センサ６１、６２の感知信号に起因した制御器９０の作用および制御器９０による上下吸着部材３１、３２の作用は、本発明の実施形態に係る燃料電池用膜電極接合体の製造方法を通じてより詳細に説明される。
以下に、このように構成された本発明の実施形態に係る燃料電池用膜電極接合体の製造装置１００の作動およびその製造装置１００を用いた燃料電池用膜電極接合体の製造方法について、添付した図面を基に詳細に説明する。
図６〜図９は、本発明の実施形態に係る燃料電池用膜電極接合体の製造方法を説明するための図であり、図６は、制御器が下側位置センサの感知信号を先に受信した例、図７は、図６の場合の触媒電極層の位置の調整方法を示した。また、図８は、制御器が上側位置センサの感知信号を先に受信した例、図９は、図８の場合の触媒電極層の位置の調整方法を示した。
図６〜図９は、本発明の実施形態に係る燃料電池用膜電極接合体の製造方法を説明するための図であり、図６は、制御器が下側位置センサの感知信号を先に受信した例、図７は、図６の場合の触媒電極層の位置の調整方法を示した。また、図８は、制御器が上側位置センサの感知信号を先に受信した例、図９は、図８の場合の触媒電極層の位置の調整方法を示した。
図６に示したとおり、まず、本発明の実施形態では、ロール形状に巻かれている電解質膜３を巻き戻して設定された移送経路に供給し、これと同時に、ロール形状に巻かれている上下電極フィルム２、４をそれぞれ巻き戻して電解質膜３の上下面側に供給する。
上下電極フィルム２、４には、電解質膜３の上下面に対応してアノード触媒電極層５およびカソード触媒電極層７がそれぞれ一定間隔で連続したコーティングされている。
この過程において、上下位置センサ６１、６２が上下電極フィルム２、４に対する触媒電極層５、７の位置をそれぞれ感知し、その感知信号を制御器９０に出力する。
制御器９０では、上下位置センサ６１、６２の位置感知の時間差を基にして、上下電極フィルム２、４の走行速度に応じたアノード触媒電極層５とカソード触媒電極層７の位置の差値を算出する。
上下電極フィルム２、４には、電解質膜３の上下面に対応してアノード触媒電極層５およびカソード触媒電極層７がそれぞれ一定間隔で連続したコーティングされている。
この過程において、上下位置センサ６１、６２が上下電極フィルム２、４に対する触媒電極層５、７の位置をそれぞれ感知し、その感知信号を制御器９０に出力する。
制御器９０では、上下位置センサ６１、６２の位置感知の時間差を基にして、上下電極フィルム２、４の走行速度に応じたアノード触媒電極層５とカソード触媒電極層７の位置の差値を算出する。
制御器９０は、アノード触媒電極層５とカソード触媒電極層７の位置の差値が０でないと判断されると、触媒電極層５、７の位置を先に感知した上下位置センサ６１、６２の感知信号を基にして、上下吸着部材３１、３２のうちのいずれか１つに連結された真空ポンプ４１、４２および駆動部５１に作動制御信号を印加する。
例えば、制御器９０が下側位置センサ６２の感知信号を先に受信し、アノード触媒電極層５とカソード触媒電極層７の位置の差値が０でない「ａ」と判断すると、その制御器９０は、上側吸着部材３１に連結された真空ポンプ４１および駆動部５１に作動制御信号を印加する。
そのため、図７のとおり、真空ポンプ４１は、制御器９０によって作動し、上側吸着部材３１の内部空間に真空圧を提供する。すると、上側吸着部材３１は、エアホール３７を通じてエアを吸入し、そのエアの真空吸引力により上側電極フィルム２を吸着する。
これと同時に、駆動部５１は、制御器９０の作動制御信号によって作動し、上側吸着部材３１をアノード触媒電極層５とカソード触媒電極層７の位置の差値（ａ）に相応する距離だけ電解質膜３および上下電極フィルム２、４の移送方向に沿って移動させる。
例えば、制御器９０が下側位置センサ６２の感知信号を先に受信し、アノード触媒電極層５とカソード触媒電極層７の位置の差値が０でない「ａ」と判断すると、その制御器９０は、上側吸着部材３１に連結された真空ポンプ４１および駆動部５１に作動制御信号を印加する。
そのため、図７のとおり、真空ポンプ４１は、制御器９０によって作動し、上側吸着部材３１の内部空間に真空圧を提供する。すると、上側吸着部材３１は、エアホール３７を通じてエアを吸入し、そのエアの真空吸引力により上側電極フィルム２を吸着する。
これと同時に、駆動部５１は、制御器９０の作動制御信号によって作動し、上側吸着部材３１をアノード触媒電極層５とカソード触媒電極層７の位置の差値（ａ）に相応する距離だけ電解質膜３および上下電極フィルム２、４の移送方向に沿って移動させる。
ここで、駆動部５１は、制御器９０からの作動制御信号によりサーボモータ５３を作動させてリードスクリュ５５を正方向に回転させると、ガイドブロック５９に沿って移動ブロック５７を電解質膜３と上下電極フィルム２、４の移送方向にスライド移動させ、上側吸着部材３１を電解質膜３と上下電極フィルム２、４の移送方向に沿って移動させることができる。
したがって、上側吸着部材３１は、上側電極フィルム２を真空吸着した状態で、駆動部５１によって電解質膜３と上下電極フィルム２、４の移送方向に沿ってアノード触媒電極層５とカソード触媒電極層７の位置の差値（ａ）に相応する距離だけ移動する。
この過程において、制御器９０は、上下位置センサ６１、６２の感知信号を受信して、アノード触媒電極層５とカソード触媒電極層７の位置の差値が０であると判断されると、真空ポンプ４１に作動制御信号を印加して、その真空ポンプ４１の作動を停止する。すると、真空ポンプ４１の作動が停止することによって、上側電極フィルム２は上側吸着部材３１の吸着から解放された状態となる。
そして、制御器９０は、駆動部５１に作動制御信号を印加して、その駆動部５１を作動させて上側吸着部材３１を図６のとおり予め設定された元の位置に復帰させる。
この場合、駆動部５１は、制御器９０からの作動制御信号によりサーボモータ５３を作動させてリードスクリュ５５を逆方向に回転させると、ガイドブロック５９に沿って移動ブロック５７を電解質膜３と上下電極フィルム２、４の移送方向の反対方向にスライド移動させ、上側吸着部材３１を電解質膜３と上下電極フィルム２、４の移送方向の反対方向に沿って元の位置に移動させる。
したがって、上側吸着部材３１は、上側電極フィルム２を真空吸着した状態で、駆動部５１によって電解質膜３と上下電極フィルム２、４の移送方向に沿ってアノード触媒電極層５とカソード触媒電極層７の位置の差値（ａ）に相応する距離だけ移動する。
この過程において、制御器９０は、上下位置センサ６１、６２の感知信号を受信して、アノード触媒電極層５とカソード触媒電極層７の位置の差値が０であると判断されると、真空ポンプ４１に作動制御信号を印加して、その真空ポンプ４１の作動を停止する。すると、真空ポンプ４１の作動が停止することによって、上側電極フィルム２は上側吸着部材３１の吸着から解放された状態となる。
そして、制御器９０は、駆動部５１に作動制御信号を印加して、その駆動部５１を作動させて上側吸着部材３１を図６のとおり予め設定された元の位置に復帰させる。
この場合、駆動部５１は、制御器９０からの作動制御信号によりサーボモータ５３を作動させてリードスクリュ５５を逆方向に回転させると、ガイドブロック５９に沿って移動ブロック５７を電解質膜３と上下電極フィルム２、４の移送方向の反対方向にスライド移動させ、上側吸着部材３１を電解質膜３と上下電極フィルム２、４の移送方向の反対方向に沿って元の位置に移動させる。
一方、図８に示したとおり、制御器９０が上側位置センサ６１の感知信号を先に受信し、アノード触媒電極層５とカソード触媒電極層７の位置の差値が０でない「ｂ」と判断すると、その制御器９０は、下側吸着部材３２に連結された真空ポンプ４２および駆動部５１に作動制御信号を印加する。
すると、図９に示したとおり、真空ポンプ４２は、制御器９０からの作動制御信号によって作動し、下側吸着部材３２の内部空間に真空圧を提供する。すると、下側吸着部材３２は、エアホール３７を通じてエアを吸入し、そのエアの真空吸引力により下側電極フィルム４を吸着する。
これと同時に、駆動部５１は、制御器９０によって作動し、下側吸着部材３２をアノード触媒電極層５とカソード触媒電極層７の位置の差値（ｂ）に相応する距離だけ電解質膜３および上下電極フィルム２、４の移送方向に沿って移動させる。
ここで、駆動部５１は、制御器９０からの作動制御信号によりサーボモータ５３を作動させてリードスクリュ５５を正方向に回転させると、ガイドブロック５９に沿って移動ブロック５７を電解質膜３と上下電極フィルム２、４の移送方向にスライド移動させ、下側吸着部材３２を電解質膜３と上下電極フィルム２、４の移送方向に沿って移動させる。
すると、図９に示したとおり、真空ポンプ４２は、制御器９０からの作動制御信号によって作動し、下側吸着部材３２の内部空間に真空圧を提供する。すると、下側吸着部材３２は、エアホール３７を通じてエアを吸入し、そのエアの真空吸引力により下側電極フィルム４を吸着する。
これと同時に、駆動部５１は、制御器９０によって作動し、下側吸着部材３２をアノード触媒電極層５とカソード触媒電極層７の位置の差値（ｂ）に相応する距離だけ電解質膜３および上下電極フィルム２、４の移送方向に沿って移動させる。
ここで、駆動部５１は、制御器９０からの作動制御信号によりサーボモータ５３を作動させてリードスクリュ５５を正方向に回転させると、ガイドブロック５９に沿って移動ブロック５７を電解質膜３と上下電極フィルム２、４の移送方向にスライド移動させ、下側吸着部材３２を電解質膜３と上下電極フィルム２、４の移送方向に沿って移動させる。
したがって、下側吸着部材３２は、下側電極フィルム４を真空吸着した状態で、駆動部５１によって電解質膜３と上下電極フィルム２、４の移送方向に沿ってアノード触媒電極層５とカソード触媒電極層７の位置の差値（ｂ）に相応する距離だけ移動する。
この過程において、制御器９０は、上下位置センサ６１、６２の感知信号を受信して、アノード触媒電極層５とカソード触媒電極層７の位置の差値が０であると判断されると、真空ポンプ４２に作動制御信号を印加して、その真空ポンプ４２の作動を停止する。すると、真空ポンプ４２の作動が停止することによって、下側電極フィルム４は下側吸着部材３２の吸着から解放された状態となる。
そして、制御器９０は、駆動部５１に作動制御信号を印加して、その駆動部５１を作動させて下側吸着部材３２を図８のとおり予め設定された元の位置に復帰させる。
この過程において、制御器９０は、上下位置センサ６１、６２の感知信号を受信して、アノード触媒電極層５とカソード触媒電極層７の位置の差値が０であると判断されると、真空ポンプ４２に作動制御信号を印加して、その真空ポンプ４２の作動を停止する。すると、真空ポンプ４２の作動が停止することによって、下側電極フィルム４は下側吸着部材３２の吸着から解放された状態となる。
そして、制御器９０は、駆動部５１に作動制御信号を印加して、その駆動部５１を作動させて下側吸着部材３２を図８のとおり予め設定された元の位置に復帰させる。
この場合、駆動部５１は、制御器９０からの作動制御信号によりサーボモータ５３を作動させてリードスクリュ５５を逆方向に回転させると、ガイドブロック５９に沿って移動ブロック５７を電解質膜３と上下電極フィルム２、４の移送反対方向にスライド移動させ、下側吸着部材３２を電解質膜３と上下電極フィルム２、４の移送反対方向に沿って元の位置に移動させることができる。
本発明の実施形態では、電解質膜３を挟んで上下電極フィルム２、４が互いに対面し、その電解質膜３と共に移送経路に沿って移送される過程において、上下電極フィルム２、４の走行速度の差などによって上下電極フィルム２、４のアノード触媒電極層５およびカソード触媒電極層７が正確に対向されないことがある。
そのため、本発明の実施形態では、上下吸着部材３１、３２が上下電極フィルム２、４を真空吸着し、その上下吸着部材３１、３２を電解質膜３と上下電極フィルム２、４の移送方向に移動させることにより位置の補正をすることができる。
これによって、本発明の実施形態では、上下吸着部材３１、３２により上下電極フィルム２、４を強制的に移送させることによって、電解質膜３に対するアノード触媒電極層５およびカソード触媒電極層７の転写位置を整列し、アノード触媒電極層５およびカソード触媒電極層７を正確に対向させることができる。
本発明の実施形態では、電解質膜３を挟んで上下電極フィルム２、４が互いに対面し、その電解質膜３と共に移送経路に沿って移送される過程において、上下電極フィルム２、４の走行速度の差などによって上下電極フィルム２、４のアノード触媒電極層５およびカソード触媒電極層７が正確に対向されないことがある。
そのため、本発明の実施形態では、上下吸着部材３１、３２が上下電極フィルム２、４を真空吸着し、その上下吸着部材３１、３２を電解質膜３と上下電極フィルム２、４の移送方向に移動させることにより位置の補正をすることができる。
これによって、本発明の実施形態では、上下吸着部材３１、３２により上下電極フィルム２、４を強制的に移送させることによって、電解質膜３に対するアノード触媒電極層５およびカソード触媒電極層７の転写位置を整列し、アノード触媒電極層５およびカソード触媒電極層７を正確に対向させることができる。
一方、本発明の実施形態では、上下電極フィルム２、４にアノード触媒電極層５およびカソード触媒電極層７を連続コーティングする工程において、触媒電極層５、７のピッチが一定でない位置偏差が発生しても、上記した過程によりアノード触媒電極層５とカソード触媒電極層７の転写位置を自動的に位置させることができる。
上述のとおり、アノード触媒電極層５とカソード触媒電極層７の転写位置を対向させた状態で、本発明の実施形態では、移送経路に沿って移送される電解質膜３と上下電極フィルム２、４を上下接合ロール１１、１２の間に進入させる。
すると、上下接合ロール１１、１２は、設定された温度で互いに反対方向に回転して電解質膜３と上下電極フィルム２、４を高圧に圧着し、そのため、上下電極フィルム２、４の触媒電極層５、７は、互いに正確に対向された状態で、電解質膜３の上下面にそれぞれ転写されて接合される。
上述のとおり、アノード触媒電極層５とカソード触媒電極層７の転写位置を対向させた状態で、本発明の実施形態では、移送経路に沿って移送される電解質膜３と上下電極フィルム２、４を上下接合ロール１１、１２の間に進入させる。
すると、上下接合ロール１１、１２は、設定された温度で互いに反対方向に回転して電解質膜３と上下電極フィルム２、４を高圧に圧着し、そのため、上下電極フィルム２、４の触媒電極層５、７は、互いに正確に対向された状態で、電解質膜３の上下面にそれぞれ転写されて接合される。
上述の過程において、本発明の実施形態では、制御器９０が上下位置センサ６１、６２の位置感知時間差から、上下電極フィルム２、４の走行速度に応じたアノード触媒電極層５とカソード触媒電極層７の位置の差値を算出するものとして説明したが、必ずしもこれに限定されるものではない。
例えば、本発明の別の実施形態では、上下位置センサ６１、６２が上下電極フィルム２、４に対するそれぞれのアノード触媒電極層５とカソード触媒電極層７を画像化して、その画像データを制御器９０に出力することができる。
すると、制御器９０は、上下位置センサ６１、６２から送信された画像データを分析して、上下電極フィルム２、４に対するそれぞれのアノード触媒電極層５とカソード触媒電極層７の位置の差値を算出する。
そして、制御器９０は、アノード触媒電極層５とカソード触媒電極層７の位置の差値が０でないと判断されると、上下電極フィルム２、４の走行速度に応じて先走行する上下電極フィルム２、４のうちのいずれか１つの触媒電極層を先に感知して、上下吸着部材３１、３２のうちのいずれか１つに連結された真空ポンプ４１、４２および駆動部５１に作動制御信号を印加する。
例えば、本発明の別の実施形態では、上下位置センサ６１、６２が上下電極フィルム２、４に対するそれぞれのアノード触媒電極層５とカソード触媒電極層７を画像化して、その画像データを制御器９０に出力することができる。
すると、制御器９０は、上下位置センサ６１、６２から送信された画像データを分析して、上下電極フィルム２、４に対するそれぞれのアノード触媒電極層５とカソード触媒電極層７の位置の差値を算出する。
そして、制御器９０は、アノード触媒電極層５とカソード触媒電極層７の位置の差値が０でないと判断されると、上下電極フィルム２、４の走行速度に応じて先走行する上下電極フィルム２、４のうちのいずれか１つの触媒電極層を先に感知して、上下吸着部材３１、３２のうちのいずれか１つに連結された真空ポンプ４１、４２および駆動部５１に作動制御信号を印加する。
例えば、制御器９０は、下側電極フィルム４が先に走行し、アノード触媒電極層５とカソード触媒電極層７の位置の差値が０でないと判断すると、上側吸着部材３１に連結された真空ポンプ４１および駆動部５１に作動制御信号を印加する。
そして、制御器９０は、上側電極フィルム２が先に走行し、アノード触媒電極層５とカソード触媒電極層７の位置の差値が０でないと判断すると、下側吸着部材３２に連結された真空ポンプ４２および駆動部５１に作動制御信号を印加する。
そして、制御器９０は、上側電極フィルム２が先に走行し、アノード触媒電極層５とカソード触媒電極層７の位置の差値が０でないと判断すると、下側吸着部材３２に連結された真空ポンプ４２および駆動部５１に作動制御信号を印加する。
以上説明したとおり、本発明の実施形態に係る燃料電池用膜電極接合体の製造装置１００およびこれを用いた燃料電池用膜電極接合体の製造方法によれば、上下接合ロール１１、１２の位置を変更しなくても上下電極フィルム２、４の触媒電極層５、７の転写位置を自動的に整列し、膜電極接合体を製造することができる。
したがって、本発明の実施形態では、上下電極フィルム２、４の走行速度の差および触媒電極層５、７のコーティング位置のばらつきなどによる触媒電極層５、７の位置偏差を補正可能なため、触媒電極層５、７の転写均一度を向上させ、膜電極接合体の良好な品質を確保することができ、膜電極接合体の生産性をさらに向上させることができる。
したがって、本発明の実施形態では、上下電極フィルム２、４の走行速度の差および触媒電極層５、７のコーティング位置のばらつきなどによる触媒電極層５、７の位置偏差を補正可能なため、触媒電極層５、７の転写均一度を向上させ、膜電極接合体の良好な品質を確保することができ、膜電極接合体の生産性をさらに向上させることができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の技術的な思想は本明細書で提示される実施形態に制限されず、本発明の技術的な思想を理解する当業者は、同一の技術的な思想の範囲内で、構成要素の付加、変更、削除、追加などにより他の実施形態を容易に提案することができるが、これも本発明の権利範囲内に属する。
１：膜電極接合体
２、４：上下電極フィルム
３：電解質膜
５：アノード触媒電極層
６：離型バー
７：カソード触媒電極層
９：サブガスケット
１１、１２：上下接合ロール
３１、３２：上下吸着部材
３３、３４：ケース、板状ケース、四角板状ケース
３７：エアホール
４１、４２：真空ポンプ
４５：ベースフレーム
５１：駆動部
５３：サーボモータ
５４：固定ブロック
５５：リードスクリュ
５７：移動ブロック
５９：ガイドブロック
６１、６２：上下位置センサ
９０：制御器
１００：製造装置
２、４：上下電極フィルム
３：電解質膜
５：アノード触媒電極層
６：離型バー
７：カソード触媒電極層
９：サブガスケット
１１、１２：上下接合ロール
３１、３２：上下吸着部材
３３、３４：ケース、板状ケース、四角板状ケース
３７：エアホール
４１、４２：真空ポンプ
４５：ベースフレーム
５１：駆動部
５３：サーボモータ
５４：固定ブロック
５５：リードスクリュ
５７：移動ブロック
５９：ガイドブロック
６１、６２：上下位置センサ
９０：制御器
１００：製造装置
Claims (18)
- 上下電極フィルムに一定の間隔で断続的に形成されたそれぞれのアノードおよびカソード触媒電極層を電解質膜の上下面に接合させる燃料電池用膜電極接合体の製造装置であって、
前記アノードおよびカソード触媒電極層が一定の間隔で断続的にそれぞれコーティングされロール形状に巻かれた前記上下電極フィルムを巻き戻し、設定された移送経路に供給された状態で、前記上下電極フィルムの間に、ロール形状に巻かれた電解質膜を巻き戻した状態で位置させており、
前記電解質膜と上下電極フィルムの移送経路の上下側にそれぞれ設けられ、設定された温度で前記触媒電極層を電解質膜の上面と下面に圧着して転写する上下接合ロールと、
前記上下接合ロールの進入側において前記移送経路の上下側にそれぞれ配置され、前記移送経路に沿って往復移動可能に設けられ、前記上下電極フィルムを選択的に吸着する上下吸着部材と、を含み、
前記上下吸着部材の進入側において前記移送経路の上下側にそれぞれ設けられ、前記上下電極フィルムの触媒電極層の位置を感知し、その感知信号を制御器に出力する上下位置センサを含み、
前記上下吸着部材は、メインフレームに備えられたベースフレームによって前記電解質膜と上下電極フィルムの移送経路に沿って往復移動可能に設けられたことを特徴とする燃料電池用膜電極接合体の製造装置。 - 前記上下吸着部材には、前記上下電極フィルムを真空吸着するためのエアホールが形成されたことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用膜電極接合体の製造装置。
- 前記上下吸着部材は、
前記上下電極フィルムに対応する面に前記エアホールが形成され、内部に密閉空間を有する板状ケースとして備えられたことを特徴とする請求項２に記載の燃料電池用膜電極接合体の製造装置。 - 前記上下吸着部材は、真空ポンプにそれぞれ連結されたことを特徴とする請求項３に記載の燃料電池用膜電極接合体の製造装置。
- 前記上下吸着部材は、ベースフレームに前記移送経路に沿って往復移動可能に設けられ、
前記ベースフレームには、前記上下吸着部材にそれぞれ連結されて設けられ、前記上下吸着部材を前記移送経路に沿って往復移動させるための駆動部が備えられたことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用膜電極接合体の製造装置。 - 前記駆動部は、
前記ベースフレームに設けられるサーボモータと、
前記サーボモータに連結されるリードスクリュと、
前記上下吸着部材と結合され前記リードスクリュに締結される移動ブロックと、
前記ベースフレームに設けられ前記移動ブロックが前記移送経路に沿って往復スライド移動可能に結合されるガイドブロックと、を含むことを特徴とする請求項５に記載の燃料電池用膜電極接合体の製造装置。 - 前記上下吸着部材は、真空ポンプにそれぞれ連結され、
前記制御器は、前記上下位置センサから発信された感知信号を受信して、前記真空ポンプおよび駆動部の作動を制御することを特徴とする請求項５に記載の燃料電池用膜電極接合体の製造装置。 - 上下電極フィルムに一定の間隔で断続的に形成されたそれぞれのアノードおよびカソード触媒電極層を電解質膜の上下面に接合する燃料電池用膜電極接合体の製造方法であって、
ロール形状の電解質膜を巻き戻して設定された移送経路に供給し、
アノード触媒電極層およびカソード触媒電極層がそれぞれ一定間隔で断続的にコーティングされたロール形状の上下電極フィルムを巻き戻して前記電解質膜の上下側に供給し、
前記上下電極フィルムに対する触媒電極層の位置を上下位置センサからの感知信号を感知し、その感知信号を制御器に出力し、
前記上下位置センサの感知信号に応じて、上下吸着部材のうちのいずれか１つに連結された真空ポンプおよび駆動部を前記制御器からの作動制御信号により作動させ、
前記いずれか１つの吸着部材により上下電極フィルムのうちのいずれか１つを真空吸着し、メインフレームに備えられたベースフレームによって往復移動可能に設けられた前記上下吸着部材は、前記吸着部材を前記駆動部の作動により前記電解質膜および上下電極フィルムの移送方向に移動させて触媒電極層の位置を調整し、
電解質膜および上下電極フィルムを上下接合ロールの間に通過させ、設定された温度で上下電極フィルムの触媒電極層を電解質膜の上面と下面に転写する過程を含むことを特徴とする燃料電池用膜電極接合体の製造方法。 - 前記制御器は、
前記上下位置センサの位置感知時間差により、上下電極フィルムの走行速度に応じた触媒電極層の位置の差値を算出し、
前記位置の差値が０でないと判断されると、上下吸着部材のうちのいずれか１つに連結された真空ポンプおよび駆動部に作動制御信号を印加することを特徴とする請求項８に記載の燃料電池用膜電極接合体の製造方法。 - 前記制御器は、
上下電極フィルムの触媒電極層の位置を先に感知した上下位置センサの感知信号を基にして、
上下吸着部材のうちのいずれか１つに連結された真空ポンプおよび駆動部に作動制御信号を印加することを特徴とする請求項９に記載の燃料電池用膜電極接合体の製造方法。 - 前記制御器は、
下側位置センサの感知信号を先に受信すると、上側吸着部材に連結された真空ポンプおよび駆動部に作動制御信号を印加することを特徴とする請求項１０に記載の燃料電池用膜電極接合体の製造方法。 - 前記上側吸着部材は、前記真空ポンプによって上側電極フィルムを真空吸着し、
前記駆動部は、前記上側吸着部材を前記位置の差値に相応する距離だけ電解質膜および上下電極フィルムの移送方向に沿って移動させることを特徴とする請求項１１に記載の燃料電池用膜電極接合体の製造方法。 - 前記制御器は、
前記位置の差値が０であると判断されると、前記真空ポンプに作動制御信号を印加して、真空ポンプの作動を停止し、
前記駆動部に作動制御信号を印加して、前記駆動部の作動により前記上側吸着部材を予め設定された元の位置に復帰させることを特徴とする請求項１２に記載の燃料電池用膜電極接合体の製造方法。 - 前記制御器は、
上側位置センサの感知信号を先に受信すると、下側吸着部材に連結された真空ポンプおよび駆動部に作動制御信号を印加することを特徴とする請求項１０に記載の燃料電池用膜電極接合体の製造方法。 - 前記下側吸着部材は、前記真空ポンプによって下側電極フィルムを真空吸着し、
前記駆動部は、前記下側吸着部材を前記位置の差値に相応する距離だけ電解質膜および上下電極フィルムの移送方向に沿って移動させることを特徴とする請求項１４に記載の燃料電池用膜電極接合体の製造方法。 - 前記制御器は、
前記位置の差値が０であると判断されると、前記真空ポンプに作動制御信号を印加して、前記真空ポンプの作動を停止し、
前記駆動部に作動制御信号を印加して、前記駆動部の作動により前記下側吸着部材を予め設定された元の位置に復帰させることを特徴とする請求項１５に記載の燃料電池用膜電極接合体の製造方法。 - 前記上下位置センサは、
前記上下電極フィルムに対するそれぞれの触媒電極層を画像化し、その画像データを制御器に出力することを特徴とする請求項８に記載の燃料電池用膜電極接合体の製造方法。 - 前記制御器は、
前記上下位置センサから受信された画像データを分析して、前記上下電極フィルムに対する触媒電極層の位置の差値を算出し、
前記位置の差値が０でないと判断されると、上下吸着部材のうちのいずれか１つに連結された真空ポンプおよび駆動部に作動制御信号を印加することを特徴とする請求項１７に記載の燃料電池用膜電極接合体の製造方法。
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